عنوان پایان‌نامه
بازیابی لیتیوم و کبالت از باقی مانده های باتری های لیتیوم - یون به روش هیدرومتالورژی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مواد-استخراج فلزات
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1311;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77650;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 1311;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77650
- تاریخ دفاع
- ۳۱ مرداد ۱۳۹۵
- دانشجو
- رابعه گل محمدزاده
- استاد راهنما
- فرشته رشچی
- چکیده
- بازیابی لیتیوم و کبالت از باتری های لیتیوم یون فرسوده که یکی از باارزش ترین زباله های تولیدی در سال های اخیر است، از دو دیدگاه زیست محیطی و اقتصادی حائز اهمیت می باشد. در این پژوهش بازیابی لیتیوم و کبالت با استفاده از اسیدهای آلی که سازگار با محیط زیست هستند، مورد مطالعه قرار گرفته است. ابتدا جداکردن پوسته ی پلاستیکی و فولادی و خردایش مواد فعال کاتدی انجام پذیرفت. سپس پارامترهای لیچینگ که شامل تأثیر چهار اسید (سیتریک، گلوکونیک، دی ال مالیک و اگزالیک اسید)، غلظت اسید، دما، درصد حجمی هیدروژن پروکسید و S/L بودند، توسط نرم افزار Design Expert Version 7.0.0 بهینه سازی شدند و بازیابی لیتیوم و کبالت به ترتیب برابر با 92/53% و 81/50%، در شرایط بهینه لیچینگ که به صورت غلظت اسید سیتریک 2 مولار، S/L برابر با 30 گرم بر لیتر، هیدروژن پروکسید 1/25 درصد حجمی و دمای 60 درجه ی سانتی گراد بود، بدست آمد. برای مقایسه ی تأثیر التراسونیک و همزن مکانیکی بر لیچینگ لیتیوم و کبالت در شرایط بهینه، آزمایش لیچینگ با استفاده از همزن مکانیکی انجام شد و مشخص شد که وقتی اغتشاش توسط امواج التراسونیک انجام می شود بازده لیچینگ لیتیوم و کبالت نسبت به وقتی که از همزن مکانیکی استفاده می شود افزایش می یابد. در ادامه مدل سینتیکی فرایند مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که در 90 دقیقه نخست لیچینگ، سرعت لیچینگ بیشتر است و پس از آن سرعت لیچینگ تغییر چشمگیری نمی کند. مکانیزم کنترل کننده لیچینگ برای لیتیوم در تمام دماهای مورد مطالعه و برای کبالت در دماهای بالاتر از 45 درجه ی سانتی گراد نفوذ از لایه خاکستر و برای کبالت در دمای 30 درجه ی سانتی گراد واکنش شیمیایی تعیین شد. در نهایت مشخص شد که در شرایط بهینه و زمان 5 ساعت، بازیابی لیتیوم و کبالت به ترتیب به 99/8% و 96/46% می رسد.
- Abstract
- Recovery of Lithium and cobalt from spent lithium ion batterieis which nowadays are considered as a valuable waste, not only is important from environmental aspect, but it is important Economicaly as well. In this research, Recovery of Lithium and cobalt by means of organic acids which are environmentally friendly, was investigated. At first the plastic and steel shells were dismantled and cathode foils were crushed. Then the laching parameteres such as type of acid, acid concentration (M), temperature (°C), hydrogen proxide (vol%) and solid to liquid ratio (S/L) were optimized using Design Expert Version 7.0.0 software and as a result recovery of lithium and cobalt in optimized condition (acid concentration of 2M, S/L=30 g.L-1, temperature equal to 60°C, hydrogen proxide equal to 1/25 %Vol and citric acid as best leaching agent) was equal to 92/53% and 81/50%, respectively. In optimized condition, a test was done with mechanical stirrer to compare the effect of ultrasonic and mechanical stirrer on leaching efiiciency of lithium and cobalt, and as a result, the ultrasonic agitation had a greaterimpact on leaching efficieny of lithium and cobalt. Afterwards, the kinetic study was performed by ?tting the three rate equations proposed in the shrinking core model (SCM) to the leaching data. Results of kinetic study showed that leaching of lithium in all examined temperatures and leaching of cobalt in temperatures higher than 45°C is ash diffusion control and leaching of cobalt in 30°C is controlled by chemical reaction. Also kinetic studies showed that the rate of reaction is fast in first 90 minutes and after that it will slow down and become constant. At the end, It was determined that the leaching efficiency of lithium and cobalt in optimized condition and duration of 5 hours was equal to 99/8% and 96/46%,respectively. Keywords: Llithium ion battery, Leaching, Organic acid, Ultrasonic waves, Cobalt, lithium
